溪洛渡水电站右岸坝肩槽开挖施工技术及质量控制研究

谢卫东 李福军

1 概述

1.1 工程简介

金沙江溪洛渡水电站工程位于四川省雷波县和云南省永善县交界处的金沙江干流上，为中国第二大水电站。水电站枢纽由拦河大坝、泄洪建筑物、引水发电建筑物组成。拦河大坝为混凝土双曲拱坝，建基面高程324.5 m，坝顶高程610.0 m，电站总装机容量13 860 MW。

右岸坝肩EL.610 m～EL.400 m开挖边坡分坝肩上游边坡、坝肩槽及下游边坡三部分，上游边坡每30 m设一马道，下游边坡修圆处理并与水垫塘平顺衔接，建基面自上而下（610～430）m坡比为1∶0.63～1∶0.81；（430～400）m坡比为1∶1.1～1∶1.21；（400～324.5）m坡比为1∶1.2～1∶2；324.5 m底板为水平面。基岩主要存在层间错动带、层内错动带、挤压破碎带、柱状节理和构造裂隙。上游面以Ⅱ类和Ⅲ1类岩石为主；下游以Ⅲ2类、Ⅳ类岩石为主。岩体大部分为镶嵌结构，局部为碎裂结构，弱卸荷，柱状节理发育，层内错动带、短小裂隙发育，裂面普遍轻度～中度锈染。坝区峨眉山玄武岩厚约500 m，致密坚硬、较均一。

1.2 开挖质量要求

（1）建基面的开挖偏差。

有结构要求及预埋件和配筋的部位不允许有欠挖；无结构要求及预埋和配筋的部位欠挖标准不大于10 cm。超挖均不得大于20 cm。

（2）建基面的平整度。

建基面所有垂直、水平、斜面平整度标准不大于15cm。

（3）预裂面爆破效果。

炮孔孔壁无明显的爆破裂隙（裂隙缝宽＜0.5 mm）。

对于节理裂隙不发育的Ⅱ级岩体（裂隙间距＞2 m），炮孔痕迹保存率应达到90%以上。

对于节理裂隙发育和较发育的Ⅲ级岩体(裂隙间距0.1 m～2 m)，炮孔痕迹保存率应达到60%～90%。

（4）建基面声波测试。

孔口1 m处及以下建基面爆破前后声波衰减控制在10%以内。

（5）爆破安全质点振动速度控制标准。

距离爆破梯段顶面10 m处，安全质点振动速度控制在10 cm/s。

1.3 施工难点

（1）坝肩槽设计体形为嵌入边坡的三面高长斜面组合槽，建基面又为轴线嵌入稍深的双扭面结构，且自上而下坡比由陡变缓,开挖钻孔难度大。

（2）虽然岩体由整体强度较高的玄武岩组成，但由于受层间、层内错动带结构面的切割、风化卸荷影响等，爆破后极易在保留岩体中产生隐裂隙，在右岸拱肩槽所处地质条件下，建基面开挖质量的平整度、超欠挖、半孔率等指标控制以及声波测试、爆破振动控制均有较大难度。

2 开挖施工技术研究

2.1 爆破参数选择

初期爆破试验选择在坝顶以上边坡（670～610）m高程，结合施工共进行了8次试验。试验中针对不同的爆破参数，进行了8项内容测试：边坡表面质点振动速度监测；边坡内预埋测点质点振动速度监测；爆破对已经成型边坡岩体的影响深度测试；爆破振动对支护结构的影响振动测试；爆破对保留马道影响测试；爆破对混凝土和混凝土喷层的影响测试；岩体松动应变测试；宏观调查和巡视检查。

（1）试验分析得出适宜的坝肩槽岩体主爆破参数见表1。另外在Ⅱ类岩体中，如果节理裂隙极端不发育，且靠近永久保留壁面的部位，间排距还要进一步减小，采用2.5 m×3.0 m。

（2）试验得出适宜的预裂爆破参数见表2。

表1 开挖主爆破孔爆破参数

表2 开挖预裂爆破参数

（3）试验表明，采用Φ90 mm孔径和W1＝（1.2～1.5）m缓冲孔爆破设计，可与预裂孔不平行，孔口取大值孔底取小值，有利于不出现“根底”。取缓冲孔孔距为2 m，线装药密度一般取（800～1 000）g/m。

（4）起爆网络：试验总结爆破网路一般采用“V”型中部起爆、孔内延时、孔外分段的非电微差顺序起爆网路。孔内雷管的段位宜选择MS10、MS11、MS12，不宜太高，排间雷管采用MS5，孔间雷管采用MS3、MS2段，传爆主轴线两侧用MS3或MS2间隔。主爆破孔单段药量控制在（50～70）kg以内，缓冲孔单段药量控制在50 kg以内，预裂孔一次爆破孔数宜控制在4孔以上，单段药量控制在40 kg以内。一次爆破总规模控制在8 t以内。

2.2 钻孔器具选择与改造

根据目前国内钻机发展水平情况及以前类似工程的施工经验，选择YQ-100B潜孔钻开挖设计轮廓线，选择CM-351钻机或YQ-100B潜孔钻进行主爆孔钻孔。

（1）钻杆直径的改良。

常规YQ-100B潜孔钻机钻杆直径为Φ45 mm，根据水电八局在前期开挖项目（如小湾）的施工经验，该钻杆在钻孔过程中易出现挠性变形，造成漂钻，导致孔底超挖现象严重。因此，水电八局在采购YQ-100B钻机时，使用Φ60 mm的钻杆，较大程度的减少了钻杆在岩石中发生的挠性变形而造成的“掉钻”现象。

（2）扶正器的使用和改造。

拱肩槽的预裂孔孔径为Φ90 mm，平均孔深达13 m以上，虽然YQ-100B潜孔钻机钻杆直径从Φ45 mm调整为Φ60 mm，但小钻杆与大孔径之间存在的间隙以及钻杆本身自重造成的下沉，无法保证钻杆在成孔中心线位置工作，技术研究后设计加工了孔内扶正器（图1）。既能确保钻机能送风返碴正常工作，关键还能起到扶正（使钻杆居中）的作用。

2.3 开挖分层分块

如前所述，拱坝坝肩槽（610～324.5）m垂直高差达285.5 m。为有效控制爆破规模与开挖程序，对拱坝坝肩槽各梯段合理地进行了分层分块。且在每层拱肩槽建基面预裂块爆破前先将上、下游边坡进行分块爆破，从外沿至建基面分层厚度一般控制在（10～13.5）m，以400 m以上坝肩槽为例，分层见图2。由现场爆破施工情况来看，分块爆破合理，爆破效果及边坡开挖质量控制均达到了预期效果。

图1 YQ-100B钻机扶正器加工图

图2 坝肩开挖分层分块图

为满足坝肩槽连续高长斜坡开挖体形要求，同时满足每层钻孔钻机安装需要，采用超欠平衡的施工方法，通过预裂孔孔口孔底超欠平衡形成钻机平台。当陡于1∶1的坡面预裂爆破分层高度为10 m时，拱坝建基面预裂孔爆破设计时采取孔口水平欠20 cm、孔底水平超20 cm的方法；当缓于1∶1的坡面预裂爆破分层高度为（5～6）m时，拱坝建基面预裂孔爆破设计时采取孔口水平欠20 cm、孔底水平超（40～50）cm的方法。

2.4 爆破设计

（1）爆破设计为指导施工所需的依据，为确保坝肩槽开挖质量，在装药爆破前，根据钻孔情况，有针对性地作“个性化”爆破设计：区域性地质不良坡面，采取降低孔内线装药密度和孔底加强药量，降低幅度一般不超过30 g/m；串风孔采取单个吹孔逐孔装药原则，保证装药到位，同时在串风位置上下孔身段1 m左右适当加大装药量，加大幅度一般不超过20 g/m；卡钻无法钻到位的单个孔，采取将两相邻孔在卡钻高程以下的孔段适当加大线装药量来协助预裂成缝，加大幅度一般不超过60 g/m，并将3个孔置于同一预裂组起爆。

（2）右岸拱坝建基面EL.440 m以下坡度突变为缓坡，且在EL.400 m以下变得更缓，为了解决钻机“掉钻”对建基面超挖的影响，在EL.445 m～EL.435 m段拱坝建基面前沿进行模拟钻孔爆破试验。根据试验成果，采取预欠方式进行爆破设计，即对各孔进行倾角调整，以保证“掉钻”造成的超挖值在理想范围内。对不同坡比的建基面采取不同的预欠设计，在每层爆破后予以总结优化。

3 施工质量控制

3.1 严格施工作业流程

为满足程序化施工，坝肩槽钻爆严格按以下施工流程进行：

爆破边界初步清理→初步测量→爆破设计→总工程师审核→监理工程师审批→现场施工技术交底→工作面清理→三检验收→签发准钻证→测量放样、布孔→钻孔（爆破设计审批后）→钻孔人员控制、自检、记录→二检、三检过程控制检查验收→监理工程师验收→爆前精细化设计→签发准装药证→安全警戒→分药、装药、记录、堵塞→质检人员监督验收→联网→三检及技术人员检查验收、监理验收，签发准爆证→爆破警戒与监测点布置→起爆→解除警戒→检查处理→爆堆分析评价→清渣→预裂面、底面检查分析→缺陷鉴定及处理→断面测量→地质素描→梯段验收→工序移交。

3.2 主要施工质量控制措施

（1）爆破作业严格执行“一炮一设计,一炮一交底”制度；EL.610 m以下拱肩槽开挖执行“一炮一总结”制度。

（2）预裂孔、缓冲孔孔位和方向点采取测量逐孔放样，放样资料报请监理工程师复核无误后方用于现场指导钻孔。

（3）在钻孔爆破控制方面，严格执行开挖爆破施工“三证”管理（即准钻孔证、准装药证、准爆证）和“三定”制度（定人、定机、定孔作业），并严格执行前三根钻杆的“三次较钻”制度。

（4）为提高钻孔精度，将精度为0.2°的不锈钢量角器过渡到精度为0.1°电子量角器；同时还加设扶正器以保证成孔质量，并采用测量配合检查钻孔的方向、倾角。

（5）为避免因不同生产厂家火工产品性能差异对爆破质量的影响，现场火工材料使用已做到“三同一”：雷管同一厂家，炸药同一厂家，导爆索同一厂家。

4 开挖质量检测成果（表3）

表3 建基面单元工程开挖质量情况统计表

5 结语

本文通过研究适用于高拱坝坝肩槽开挖的钻孔爆破等技术方案，实行科学化、程序化、精细化施工，取得了超挖平均值8.82 cm,超欠挖合格率为95.35%,平整度平均值8.37 cm，合格率为97.74%，半孔率为96.9%等建基面开挖成果。其所取得的开挖技术成果及质量控制办法可为以后类似工程高边坡开挖施工提供借鉴，具有较好的推广及应用价值。